В предлагаемой вниманию читателей статье описан импульсный блок с номинальным выходным напряжением 6 В для питания нагрузки мощностью до 18 Вт. Имеется возможность оперативного переключения на выходное напряжение 5 В. В авторском варианте блок используется для питания низковольтного паяльника, однако его можно применять для любой нагрузки соответствующей мощности, рассчитанной на напряжение 5 или 6 В.
В настоящее время микроэлектроника настолько широко распространилась в бытовой и промышленной технике, что паяльники на напряжение 220 В уже мало пригодны не только для её ремонта, но и для радиолюбительского творчества. Приходится пользоваться "мини-паяльниками" небольшой мощности с низким напряжением питания. Как правило, для работы с ними применяют классические трансформаторные блоки питания, имеющие солидные размеры и массу. Но современное направление на использование для питания в бытовой (и не только) аппаратуре обратноходовых импульсных источников питания (ИИП) и появление для этого широкого набора микросхем позволяют собрать лёгкий малогабаритный блок.
Предлагаемый вариант источника питания рассчитан для работы с паяльниками с номинальным напряжением 6 В мощностью до 18 Вт. В устройстве предусмотрено ступенчатое уменьшение напряжения питания паяльника до 5 В, что соответствует снижению мощности паяльника до 70 %. Малая проходная ёмкость ИИП позволяет использовать его для работы с элементами, которые подвержены воздействию статического электричества.
Основные технические характеристики
Интервал входного напряжения, В ..................180...250
Номинальная частота преобразования, кГц .............100
Номинальное выходное напряжение, В .................... 6
Ток нагрузки, А .................0...3
На рис. 1 представлена схема преобразователя питания для паяльника. Основной элемент устройства - специализированная микросхема TOP223Y О проектировании подобных ИИП подробно рассказано в статье [1].
Рис. 1
Устройство собрано на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1,5...2 мм. Её чертёж показан на рис. 2. Для уменьшения габаритов в устройстве применены импортные оксидные конденсаторы. Конденсаторы С1, С5 - керамические или плёночные на номинальное постоянное напряжение не менее 400 В или переменное не менее 250 В, остальные - керамические на напряжение не менее 50 В. Резисторы R1, R2, R4, R8, диоды VD3, VD4 установлены перпендикулярно плате. Для повышения надёжности печатные проводники выходных цепей (от обмотки III трансформатора Т1 до выхода - на чертеже печатной платы они немного шире остальных) рекомендую "усилить" увеличенным при лужении слоем припоя.
Рис. 2
Элементы R4 и C8 были зарезервированы согласно рекомендациям фирмы-производителя для случая неустойчивого запуска преобразователя, но необходимости в них не возникло. В выходном выпрямителе применён сдвоенный диод Шотки в корпусе ТО-220. Дроссель выходного фильтра L2 намотан на ферритовом магнитопроводе "гантелевидной" формы размерами 9x12 мм от неисправного блока питания персонального компьютера проводом ПЭВ-2 0,5 мм до заполнения. С рекомендациями по возможной замене применённых деталей также можно ознакомиться в статье [1].
Микросхема преобразователя DA1 и диод VD5 установлены на теплоотводы, изготовленные из листовой меди толщиной 1 мм. Благодаря гибкости материала удалось относительно легко изготовить теплоотводы с максимальной поверхностью охлаждения. О формах и размерах теплоотводов можно судить по внешнему виду платы устройства, показанной на рис. 3. Готовый вид изделия представлен на рис. 4.
Рис. 3
Рис. 4
Выключатель питания расположен на верхней крышке, светодиоды установлены на отдельной небольшой плате и приклеены к крышке. Светодиод HL2 - зелёного цвета свечения, HL1 - красного. Светодиод HL2 сигнализирует о наличии выходного напряжения, а HL1 включается переключателем SA2 при установке последнего в режим пониженного выходного напряжения.
В устройстве применены готовые изделия: дроссель L1 - сетевой фильтр PMCU-0330 0,4 А 300 В или самодельный, как предложено в статье [1]. Переключатель SA2 - B1550 (SS8) движковый 50 В импортный на два положения горизонтального исполнения. Разъём питания (на схеме не показан) - вилка RF-180S на блок угловая двухконтактная 250 В/2,5 A, выходной разъём (на схеме не показан) - DS-210. Выключатель питания SA1 - SC719 (SMRS-101), 250 В/1 A или аналогичный. Микросхему TOP223Y можно заменить по возрастающей мощности на ТОР224-6Убез изменений в схеме, разница только в удорожании конструкции.
Трансформатор преобразователя собран на Ш-образном магнитопроводе Ш6х6 размерами 24x24x6 мм с каркасом в низкопрофильном исполнении из феррита, предположительно, проницаемостью 1500...2000. Комплект из каркаса и магнитопровода был приобретён в магазине, где, кроме цены, ничего выяснить не удалось.
Линейка микросхем TOP22Х имеет внутреннюю защиту от перегрузки по току за счёт встроенного токоограничительного резистора, поэтому параметры изготовленного трансформатора (в первую очередь, индуктивность первичной обмотки) имеют первостепенное значение.
Намотка трансформатора "вслепую" желаемых результатов не дала. Пришлось обзавестись приборами для измерения индуктивности, после чего проблема с определением числа витков первичной обмотки отпала.
Пользуясь рекомендациями в статье [1] для TOP223Y и указанного магнитопровода, я определился со значением индуктивности - 1300 мкГн. Как известно, индуктивность катушки с магнитопроводом (в микрогенри) рассчитывается по формуле
L = (N/K)2,
где N - число витков; K - параметр магнитопровода.
Далее экспериментальным путём определяем параметры подходящего магнитопровода. Для вычисления К наматываем на каркас пробную обмотку, например 50 витков, и собираем трансформатор обязательно с прокладками в крайних кернах толщиной 0,2 мм из немагнитного материала, например текстолита. Иногда магнитопроводы уже имеют готовый зазор, тогда дополнительный зазор не нужен.
После сборки трансформатора измеряем индуктивность обмотки и определяем коэффициент К имеющегося магнитопровода. Затем по формуле N = K√L вычисляем необходимое число витков первичной обмотки.
В моём варианте первичная обмотка содержит 92 витка провода ПЭВ-2 диаметром 0,3 мм. Обмотка II - 13 витков того же провода. Выходная обмотка содержит семь витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм, намотанных в три жилы. Соблюдение фазировки обмоток обязательно. Начало обмотки на схеме обозначено точкой.
Все обмотки изолированы между собой двойным слоем полиэфирной изоляционной ленты ТЕА 5К5, которую можно заменить лакотканью или другим материалом общей толщиной 0,1 мм. После окончательной сборки обязательно следует измерить индуктивность первичной обмотки.
Блок питания собран в корпусе BOX-KA12 размерами 90x65x35 мм. Для охлаждения в корпусе просверлены отверстия.
При исправных деталях и отсутствии ошибок в монтаже налаживание ИИП не требуется. При первом включении необходимо обязательно вместо плавкой вставки FU1 использовать лампу накаливания мощностью 40-60 Вт. Это избавит от возможных неприятностей. Из собственного опыта выяснилось, что несоблюдение фазировки первичной обмотки и обмотки II гарантированно выводит из строя микросхему TOP223Y При несоблюдении фазировки выходной обмотки устройство "не держит" нагрузку, срабатывает внутренняя защита по току в микросхеме TOP223Y
В случае необходимости для замены и подбора магнитопровода можно обратиться к статье [5].
При самостоятельной разводке платы необходимо обязательно учитывать рекомендации фирмы-производителя. Топология печатной платы современных ИИП на высоких частотах преобразования имеет свои особенности. С ними, а также с параметрами микросхем серии TOP22Х можно ознакомиться в [6].
Литература
1. Косенко С. Проектирование обратноходовых ИИП наTOPSwitch-II с помощью программы VDS. - Радио, 2006, № 3, с. 30-32.
2. Терентьев Е. Измеритель ёмкости и индуктивности. - Радио, 1995, № 4, с. 37.
3. Потачин И. Приставка-измеритель LC к цифровому вольтметру. - Радио, 1998, № 12, с. 31.
4. БеленецкийС. Приставка для измерения индуктивности в практике радиолюбителя. - Радио, 2005, № 5, с. 26-28.
5. Косенко С. Подбор отечественных аналогов импортных трансформаторов в обратноходовом преобразователе. - Радио, 2006, № 5, с. 31.
6. TOP221 -TOP227. TOPSwitch-II. Three-terminal Off-line PWM Switch. - URL: http://www. powerint.com/sites/default/files/product-docs/top221 -227.pdf (04.09.14).
Автор: С. Чернов, г. Самара